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Un'onda marina

Onda marina è un termine con il quale si suole definire un caso particolare di onda fisica in cui è messa in moto la superficie d'acqua di un ampio bacino come il mare (da cui il nome).

Indice

FormazioneModifica

 
Una grande onda marina durante una mareggiata a Bonassola.

Una delle cause principali delle onde marine è l'azione del vento, ma più in generale esse dipendono dalla circolazione atmosferica, collegate quindi anche a pressione e temperatura sia dell'aria che dell'acqua. I venti possono farsi sentire, nel mare aperto, fino ad una profondità massima di 150 metri. In questo caso l'onda si forma perché il vento spinge lo strato d'acqua superficiale, cui cede parte della sua energia cinetica e quantità di moto, e ne aumenta la velocità rispetto allo strato d'acqua sottostante; per attrito viscoso ogni strato d'acqua con velocità differente tende a trascinare lo strato sottostante più lento e nel contempo a rallentare, da cui si intuisce che, se non sono continuamente alimentate o non incontrano prima un ostacolo, le onde sono destinate a dissolversi o dissiparsi in un intervallo di tempo finito.

L'attrito tra il vento e la superficie dell'acqua fa muovere le particelle superficiali di un moto circolatorio: l'onda prodotta cioè non è perfettamente trasversalelongitudinale, ma assume una forma d'onda ed una propagazione "mista" tra le due. A volte il mare o l'oceano appare mosso da onde superficiali anche in assenza di vento: questo semplicemente accade perché il moto ondoso osservato è un moto ondoso "residuo" ovvero prodotto in altre zone dell'oceano o del mare dove invece si fa sentire l'azione dei venti che generano onde in successiva propagazione. L'onda è dovuta all'energia che il vento imprime sull'acqua.

Altre causeModifica

 
Onde generate dal vento di Ponente

Le onde marine sono anche formate dalle correnti marine che determinano la circolazione delle acque nei mari a causa della differente temperatura e salinità delle acque. Le correnti marine possono avere movimenti orizzontali e verticali (cavalloni).

Le onde marine possono anche formarsi a causa di eventi non comuni come terremoti che creano onde chiamate tsunami o maremoti. I maremoti possono essere generati sia da terremoti sottomarini sia da eruzioni vulcaniche o frane sottomarine.

Anche il distacco di ghiacci dal fronte di ghiacciai che terminano sul mare possono in alcuni casi generare delle onde di notevoli dimensioni. Tipici di questo fenomeno sono, per esempio, i ghiacciai dell'Antartide durante la stagione estiva.

DimensioniModifica

La dimensione delle onde dipende molto dall'ampiezza del bacino d'acqua in cui si formano e dall'energia della sorgente che le ha generate. In condizioni normali, nel mare aperto, si possono raggiungere i 7 o 8 m di altezza nel Mar Mediterraneo[1] e i 18 metri di altezza nell'Oceano Atlantico e nell'Oceano Pacifico. Quando però un'onda incontra un ostacolo può innalzarsi e raggiungere altezze ragguardevoli; le onde più alte formate in questo modo possono essere viste nelle tempeste a sudovest del Capo di Buona Speranza. Le dimensioni maggiori si raggiungono proprio nell'emisfero australe in quelle zone dell'oceano a latitudini medio-alte dove, in assenza di terraferma e continenti e quindi di attrito, i venti oceanici occidentali spirano costanti e indisturbati (i noti "ruggenti 40°" e i "50° urlanti").

Sono state inoltre osservate particolari onde dette onde anomale, alte da 25 a 30 metri, di cui non si conoscono con precisione né le cause né l'origine e soprattutto con caratteristiche di imprevedibilità.

Onda piana sinusoidaleModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Teoria lineare del moto ondoso.
 
L'onda di uno tsunami in una stampa di Hokusai (1823-1829).
 
Decorazione "a onde" nel veneziano palazzo Roncale, Rovigo

Un'onda marina piana, matematicamente descrivibile da una sinusoide, è caratterizzata da:

  • ampiezza "a" = distanza tra la superficie libera ed il livello indisturbato
  • cresta: punto più alto dell'onda
  • cavo e ventre: punto più basso dell'onda
  • altezza "H" = distanza verticale tra cresta e cavo
  • lunghezza "L" = distanza orizzontale tra due creste o cavi consecutivi
  • periodo "T" = intervallo di tempo in secondi necessario affinché una cresta percorra una distanza pari alla lunghezza d'onda
  • Velocità "V" = L/T

Si distinguono le onde in:

  • libere : si propagano esclusivamente a causa dell'ambiente circostante
  • forzate : dove è presente una causa eccitatrice del fenomeno
  • di "oscillazione": se esiste un trasporto di energia, quantità di moto ma non necessariamente di massa; si suddividono in onde "progressive", se si propagano lungo una direzione, e "stazionarie", se le linee di fase non si spostano nello spazio al variare del tempo
  • di "traslazione": se esiste anche un trasporto di massa nella direzione di propagazione, tipiche dei frangenti o di onde generate da fenomeni di tipo impulsivo
  • corte: per lunghezze fino a centinaia di metri, con periodi fino a 30s
  • lunghe: per lunghezze di migliaia di km con periodi fino a oltre le 24 ore a causa di maree o tempeste

La più semplice teoria per lo studio del fenomeno di moto ondoso è fornita dalla teoria lineare che considera il fluido perfetto (non viscoso), forze conservative e moto irrotazionale.

In base ai caratteri cinematici del loro moto, le onde marine si distinguono infine in

  • onde di acqua profonda, in corrispondenza di fondali con profondità   maggiori della semilunghezza dell'onda  . Per tali onde valgono approssimativamente le seguenti relazioni tra i valori di lunghezza   (in metri), periodo   (in secondi) e velocità   in metri al secondo) del loro moto
 
  • onde di acqua bassa, per fondali con profondità minori della semilunghezza d'onda, cioè in prossimità della costa  . Per queste onde la velocità dipende solo dalla profondità del fondale secondo la relazione approssimata
 

FrangimentoModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Frangimento (onda).

Tutte le onde marine avvicinandosi alla linea di costa arrivano a frangimento. Se al largo l'altezza d'onda è troppo grande per la sua lunghezza arriva a frangersi ugualmente. Il frangimento è il fenomeno che più di tutti dissipa energia. Il frangimento è assistito dal fenomeno dello shoaling: incontrando un fondale via via più basso parte dell'energia associata all'onda si dissipa per attrito sul fondale, la restante tende a conservarsi per il principio di conservazione dell'energia col risultato che l'onda diminuisce la sua velocità, ma cresce in ampiezza: generalmente ciò avviene nelle ultime decine di metratura prima della linea costiera, non si fa se l'onda è molto superficiale, ma può accadere a distanze anche maggiori se l'onda è un'onda a profondità marine elevate maggiore. Il fenomeno viene sfruttato nell'attività del surf.

EffettiModifica

Le onde hanno due effetti sulle coste: la loro azione violenta erode il litorale su cui si abbattono, specie in occasione di mareggiate; in altri luoghi ove la loro azione è più dolce possono portare dei sedimenti facendo avanzare la costa verso il mare.

Quando le onde formatesi in un bacino marino o lacustre giungono in prossimità della costa, a causa dell'interazione con il fondale il moto passa da oscillatorio a traslatorio, dando luogo allo spostamento di masse d'acqua verso costa. Questo fenomeno è all'origine di gran parte delle correnti costiere[senza fonte], che a loro volta possono causare fenomeni di erosione e sedimentazione.

Tempeste e mareeModifica

Quando s'incontrano due correnti di aria fredda e calda possono formarsi dei vortici d'aria e acqua, che a seconda della grandezza e velocità vengono chiamati con nomi differenti: uragano, tifone, ciclone, tromba marina.

La Luna esercita una forte attrazione sulle masse d'acqua (in maniera molto minore la stessa attrazione è effettuata anche sulla crosta terrestre). Quest'attrazione genera movimenti superficiali, ossia le maree.

Energia del moto ondosoModifica

L'energia che ha il moto ondoso, viene descritta come densità di energia E composta sia da un contributo di energia cinetica sia da uno di energia potenziale, che dipendono principalmente dalla variabile altezza d'onda:

 

Dove:

  • Ec è il contributo dell'energia cinetica
  • Ep è il contributo dell'energia potenziale
  • ρ è la densità dell'acqua marina
  • g è la forza di gravità
  • H è l'altezza d'onda

Ipotizzando l'assenza di dissipazione possiamo scrivere il flusso di energia in direzione "x" per unità di lunghezza di cresta in direzione z, compresa tra -h e η:

 

Con cg la velocità del gruppo.

Generazione di energia elettrica dal moto ondosoModifica

L'energia del moto ondoso, così come l'energia delle maree, possono essere sfruttate a fini energetici per la produzione di energia elettrica tramite appositi generatori rappresentando una fonte di energia alternativa e rinnovabile.

NoteModifica

  1. ^ Onda su onda: alla scoperta dei cavalloni, su www.focus.it. URL consultato il 30 dicembre 2018.

Voci correlateModifica

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